Atomarer Transport in dreidimensionalen Silizium und Germanium Nanostrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Hartmut Bracht; Professor Dr. Erwin Peiner
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 264725291

Mit zunehmender Miniaturisierung von Halbleiterbauelementen steigt deren Oberflächen-zu-Volumenverhältnis. Entsprechend gewinnt der Einfluss von Oberflächen und Grenzflächen zunehmend an Bedeutung für die kontrollierte Herstellung von elektronischen Bauelementen. Derzeit gibt es nur sehr begrenzte experimentelle Untersuchungen zum atomaren Transport in Nanoobjekten. Insbesondere die Selbstdiffusion, die den grundlegendsten Prozess des atomaren Transports in kondensierter Materie beschreibt, wurde bisher noch nicht in nanoskaligen Silizium- und Germanium-Systemen untersucht. Im Rahmen dieses Vorhabens wird der Einfluss von Größeneffekten auf die Selbstdiffusion in Silizium- und Germanium-Nanostrukturen untersucht, um Information über die Eigenschaften von Eigenpunktdefekten in diesen begrenzten Materialsystemen zu gewinnen. Zu diesem Zweck werden isotopenmodulierte Silizium und Germanium basierte Lamellen- und Säulenstrukturen unterschiedlicher Breite und Durchmesser durch Nanoimprint- oder Elektronenstrahl-Lithographie und anschließendes reaktives Ionenätzen bei bevorzugt kryogenischen Temperaturen hergestellt. Die erhaltenen Isotopenstrukturen sind ideale Teststrukturen zur Untersuchung der Selbstdiffusion als Funktion der Strukturgröße, Temperatur, Dotieratomkonzentration, Umgebungs- und Bestrahlungsbedingungen. Die Verteilung der markierten Matrixatome und der Dotieratome wird mit Profilierungstechniken erfasst, die eine hohe Auflösung ermöglichen. Diese Techniken umfassen die Atomsondentomographie, die Sekundärionen-Massenspektrometrie, die Neutronenstreuung, die Scanning Spreading Resistance- und Scanning Kelvin Probe-Mikroskopie sowie elektrochemische Kapazitäts-Spannungsmessungen. Rasterelektronenmikroskopie und hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie dienen zur Analyse der Morphologie und inneren Struktur der Silizium- und Germanium-Nanoobjekte vor und nach thermischen Behandlungen. Die experimentellen Ergebnisse werden mit Computersimulationen verglichen, um aussagekräftige Modelle zum atomaren Transport in nanoskaligen Silizium- und Germanium-Systemen zu entwickeln, die den Einfluss von elektronischen Oberflächen und Grenzflächenzuständen berücksichtigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen